(57)【要約】  本発明は、従来のジェット型エンジンに対して、コンプレッサやタービン等を用いない簡単な構造で吸入空気を圧縮することができ、装置全体の小型化、軽量化に寄与することを目的とする。エンジン１０は、外気に燃料を混合した混合気を燃焼させる燃焼室２８と、燃焼室２８内に外気を導入する外気導入部２９とを備えている。外気導入部２９は、燃焼室２８の中心軸Ｌに沿う方向から外気を燃焼室２８内に導く吸気用メインポート３７と、中心軸Ｌに向かう方向から外気を燃焼室２８内に導く複数の吸気用サブポート３８とを備えている。吸気用サブポート３８は、外気を燃焼室２８内の衝突点Ｐに向かって噴出可能な噴出口４７を備えている。各吸気用サブポート３８の噴出口４７から噴出された外気は、衝突点Ｐで相互に衝突することで圧縮されるようになっている。
2011155248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気に燃料を混合した混合気を燃焼させる燃焼室と、当該燃焼室内に外気を導入する外気導入部とを備えたエンジンにおいて、
前記外気導入部は、前記外気を前記燃焼室内の一定領域に向かってそれぞれ噴出可能に形成された複数の噴出口を備え、
前記各噴出口からそれぞれ噴出された外気を前記一定領域で衝突させることにより、当該一定領域で前記外気を圧縮する圧縮機能を有することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記噴出口からの外気の噴出状態を制御する動作制御装置を更に備え、
前記動作制御装置では、前記外気を前記各噴出口から間欠的に噴出させ、前記一定領域で衝突噴流が間欠的に発生するように、前記各噴出口からの噴出タイミングが制御されることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記外気導入部は、前記燃焼室の中心軸に沿う方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用メインポートと、前記中心軸の周囲から当該中心軸に向かって外気を前記燃焼室内に導く吸気用サブポートとを備え、
前記噴出口は、前記吸気用サブポートからの外気を前記一定領域に噴出可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項４】
前記吸気用サブポートは、前記噴出口に向かって流路断面積が次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項３記載のエンジン。
【請求項５】
所定の部材を動作させるとともに当該動作の制御を行う動作制御装置を更に備え、
前記外気導入部は、前記吸気用メインポートを開閉するメイン吸気用開閉部材と、前記吸気用サブポートを開閉するサブ吸気用開閉部材とを更に備え、
前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じて、前記吸気用メインポート及び前記吸気用サブポートの開閉を切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御することを特徴とする請求項３記載のエンジン。
【請求項６】
前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じた速度で前記吸気用サブポートの開閉を間欠的に切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御することを特徴とする請求項５記載のエンジン。
【請求項７】
前記燃焼室内の容積を変化可能に動作するピストンを備え、
前記ピストンは、要求されるエンジン出力が最も低い第１の動作モードのときに動作可能に設けられるとともに、当該第１の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第２の動作モード、及び当該第２の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第３の動作モードのときに停止可能に設けられ、
前記第１のモードのときには、前記混合気の燃焼による前記ピストンの動作によって動力を抽出可能に設けられ、前記第２及び第３のモードのときには、前記混合気の燃焼による推力を抽出可能に設けられていることを特徴とする請求項５記載のエンジン。
【請求項８】
前記動作制御装置は、前記第１の動作モードのときに、前記燃焼室への吸気の際、前記吸気用メインポート又は前記吸気用サブポートの何れか一方を少なくとも開放し、前記第２の動作モードのときに、要求されるエンジン出力に応じた速度で前記吸気用サブポートの開閉を間欠的に切り替え、前記第３の動作モードのときに、前記吸気用メインポートを少なくとも常時開放するように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御することを特徴とする請求項７記載のエンジン。
【請求項９】
前記燃焼室内の燃焼ガスを外部に導く排気用ポートと、当該排気用ポートを開閉する排気用開閉部材とを更に備え、
前記動作制御装置は、前記第１の動作モードのときに、前記燃焼室から燃焼ガスを排出する工程のみで前記排気用ポートを開放し、前記第２及び第３の動作モードのときに、前記排気用ポートを常時開放するように、前記排気用開閉部材を動作制御することを特徴とする請求項８記載のエンジン。
【請求項１０】
前記噴出口は、前記燃焼室の壁面から内側に突出した突出部分に形成され、当該突出部分は、燃焼室内での気流の剥離を抑制可能な翼状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１１】
前記燃焼室内の容積を変化可能に動作するピストンを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１２】
前記各噴出口は、前記燃焼室の中心軸に対して対称に前記外気を噴出可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１３】
前記各噴出口は、前記燃焼室の中心軸回りに軸対称となる３箇所以上の位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１４】
前記噴出口は、６箇所以上に配置されていることを特徴とする請求項１３記載のエンジン。
【請求項１５】
前記各噴出口は、前記一定領域で形成される衝突噴流が包み込まれるように、前記一定領域の周囲から三次元的に外気を噴出可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１６】
前記噴出口は、導入した外気を絞って噴出可能な形状をなすことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１７】
前記燃焼室内の容積を変化可能に動作するピストンと、当該ピストンの動作制御及び前記噴出口からの外気の噴出状態を変化させる部材の動作制御を行う動作制御装置を含み、
前記外気導入部は、前記燃焼室の中心軸に沿う方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用メインポートと、前記中心軸の周囲から当該中心軸に向かって外気を前記燃焼室内に導く吸気用サブポートとを備え、
前記噴出口は、前記吸気用サブポートからの外気を前記一定領域に噴出可能に設けられ、
前記動作制御装置は、前記ピストンの動作による圧縮、及び前記外気を前記各噴出口から間欠的に噴出させて前記一定領域での間欠的な衝突噴流を発生させることによる圧縮の両方の圧縮又は何れか一方の圧縮と、前記吸気用メインポートから少なくとも前記外気を導入することによるラム圧による圧縮とを同時に行う宇宙飛行モードでの動作制御が可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１８】
前記各噴出口は、それぞれから噴出された外気が僅かにシフトした状態で衝突し、前記一定領域で螺旋回転流を形成可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項１９】
前記燃焼室では、プラチナ、ニッケル、パラジウム若しくは、硫黄からなる触媒を併用した状態で、炭化水素燃料又は水素と前記外気との混合気が燃焼されることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項２０】
前記各噴出口は、前記燃焼室の中心軸に沿う複数箇所で前記外気を衝突可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項２１】
前記燃焼室内の燃焼ガスを外部に導く排気用ポートを更に備え、
前記排気用ポートから排出された燃焼ガスの少なくとも一部を前記燃焼室内に戻す流路を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項２２】
前記噴出口からの外気の噴出状態を制御する動作制御装置を含み、
前記噴出口は、４箇所以上に配置され、
前記動作制御装置では、複数の前記噴出口からなる噴出口群を複数設定し、当該噴出口群毎に時間差で前記外気が衝突するように、前記各噴出口からの噴出タイミングが制御されることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項２３】
外気に燃料を混合した混合気を燃焼させる燃焼室と、当該燃焼室内に外気を導入する外気導入部と、所定の部材を動作させるとともに当該動作の制御を行う動作制御装置とを備え、
前記外気導入部は、前記燃焼室の中心軸に沿う複数の方向から外気を前記燃焼室内の一定領域に導く吸気用メインポートと、前記中心軸に向かう方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用サブポートと、前記吸気用メインポートを開閉するメイン吸気用開閉部材と、前記吸気用サブポートを開閉するサブ吸気用開閉部材とを備え、
前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じて、前記吸気用メインポート及び前記吸気用サブポートの開閉を切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御することを特徴とするエンジン。
【請求項２４】
前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じた速度で前記吸気用サブポートの開閉を間欠的に切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御することを特徴とする請求項２３記載のエンジン。
【請求項２５】
前記燃焼室の容積を変化可能に動作するピストンを備え、
前記ピストンは、要求されるエンジン出力が最も低い第１の動作モードのときに動作可能に設けられるとともに、当該第１の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第２の動作モード、及び当該第２の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第３の動作モードのときに停止可能に設けられ、
前記第１のモードのときには、前記混合気の燃焼による前記ピストンの動作によって動力を抽出可能に設けられ、前記第２及び第３のモードのときには、前記混合気の燃焼による推力を抽出可能に設けられていることを特徴とする請求項２３又は２４記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型化することなく、あらゆる速度域で適用可能となるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンは、大別して、燃料の燃焼によるピストンの往復運動によって動力を得るレシプロ型エンジンと、コンプレッサを使って燃料と空気との混合気を圧縮し燃焼することにより推力を得るとともに、燃焼によって発生する燃焼ガスによってコンプレッサの動力となるタービンを回転させるジェット型エンジンと、ラム圧により圧縮された吸入空気に燃料を吹き付けて超音速燃焼を行うことにより推力を得るスクラム型エンジンとの３タイプが存在する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２９９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した３タイプのエンジンは、自動車や飛行機等の移動体に動力を付与するために利用されることが多いが、それぞれの構造上、適用可能となる移動体の速度域が限られており、一つのエンジンで各速度域をカバーできるものは存在しない。ここで、各エンジンが適用可能となる速度域は、レシプロ型エンジン、ジェット型エンジン、スクラム型エンジンの順で高くなっている。レシプロ型エンジンにあっては、ピストンの往復運動を伴うため、従来のジェット型エンジンでカバーされる速度域を得ることは難しい。また、ジェット型エンジンにあっては、細かい速度制御が難しい等の理由で、従来のレシプロ型エンジンでカバーされる速度域を得ることは難しい。更に、スクラム型エンジンにあっては、超音速の空気導入が必要であり、ジェット型エンジンでカバーされる速度域以下では、単体での使用ができない。従って、地上では自動車のように走行でき、且つ、空中では飛行機のように飛行できるように、全ての速度域で移動する移動体には、これら各タイプのエンジンをそれぞれ搭載しなければならず、移動体の大型化や高重量化を招来し、現実的ではない。【０００５】
ところで、前記特許文献１には、コンプレッサの動力源としてレシプロ型エンジンを備えたジェット型エンジンが開示されているが、広範な速度域を確保するための構造にはなっていない。【０００６】
また、従来のジェット型エンジンの構造では、空気圧縮を行うためのコンプレッサやタービンが必要になることから、広範な速度域をカバーするために各タイプのエンジンを組み合わせる際に、コンプレッサやタービン等がエンジン全体の小型化や軽量化の大きな障害となる。【０００７】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、従来のジェット型エンジンに対して、コンプレッサやタービン等を用いない簡単な構造で吸入空気を圧縮することができ、装置全体の小型化、軽量化に寄与することができるエンジンを提供することにある。【０００８】
また、本発明は、装置全体を大型化することなく、広範囲の速度域を一つで全てカバーすることができるエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、外気に燃料を混合した混合気を燃焼させる燃焼室と、当該燃焼室内に外気を導入する外気導入部とを備えたエンジンにおいて、
前記外気導入部は、前記外気を前記燃焼室内の一定領域に向かってそれぞれ噴出可能に形成された複数の噴出口を備え、
前記各噴出口からそれぞれ噴出された外気を前記一定領域で衝突させることにより、当該一定領域で前記外気を圧縮する圧縮機能を有する、という構成を採っている。【００１０】
（２）また、前記噴出口からの外気の噴出状態を制御する動作制御装置を更に備え、
前記動作制御装置では、前記外気を前記各噴出口から間欠的に噴出させ、前記一定領域で衝突噴流が間欠的に発生するように、前記各噴出口からの噴出タイミングが制御される、という構成を採ることが好ましい。【００１１】
（３）更に、前記外気導入部は、前記燃焼室の中心軸に沿う方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用メインポートと、前記中心軸に向かう方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用サブポートとを備え、
前記噴出口は、前記吸気用サブポートからの外気を前記一定領域に噴出可能に設けられる、という構成を採ることができる。【００１２】
（４）ここで、前記吸気用サブポートは、前記噴出口に向かって流路断面積が次第に小さくなるように形成される、という構成を採ることが好ましい。【００１３】
（５）また、所定の部材を動作させるとともに当該動作の制御を行う動作制御装置を更に備え、
前記外気導入部は、前記吸気用メインポートを開閉するメイン吸気用開閉部材と、前記吸気用サブポートを開閉するサブ吸気用開閉部材とを更に備え、
前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じて、前記吸気用メインポート及び前記吸気用サブポートの開閉を切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御する、という構成を採ることができる。【００１４】
（６）この際、前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じた速度で前記吸気用サブポートの開閉を間欠的に切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御する、という構成を採ることが好ましい。【００１５】
（７）更に、前記燃焼室内の容積を変化可能に動作するピストンを備え、
前記ピストンは、要求されるエンジン出力が最も低い第１の動作モードのときに動作可能に設けられるとともに、当該第１の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第２の動作モード、及び当該第２の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第３の動作モードのときに停止可能に設けられ、
前記第１のモードのときには、前記混合気の燃焼による前記ピストンの動作によって動力を抽出可能に設けられ、前記第２及び第３のモードのときには、前記混合気の燃焼による推力を抽出可能に設けられる、という構成を併せて採用することができる。【００１６】
（８）ここで、前記動作制御装置は、前記第１の動作モードのときに、前記燃焼室への吸気の際、前記吸気用メインポート又は前記吸気用サブポートの何れか一方を少なくとも開放し、前記第２の動作モードのときに、要求されるエンジン出力に応じた速度で前記吸気用サブポートの開閉を間欠的に切り替え、前記第３の動作モードのときに、前記吸気用メインポートを少なくとも常時開放するように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御する、という構成を採ることが好ましい。【００１７】
（９）この際、前記燃焼室内の燃焼ガスを外部に導く排気用ポートと、当該排気用ポートを開閉する排気用開閉部材とを更に備え、
前記動作制御装置は、前記第１の動作モードのときに、前記燃焼室から燃焼ガスを排出する工程のみで前記排気用ポートを開放し、前記第２及び第３の動作モードのときに、前記排気用ポートを常時開放するように、前記排気用開閉部材を動作制御する、という構成を採ることができる。【００１８】
（１０）また、前記噴出口は、前記燃焼室の壁面から内側に突出した突出部分に形成され、当該突出部分は、燃焼室内での気流の剥離を抑制可能な翼状に設けられる、という構成を採ることが好ましい。【００１９】
（１１）更に、前記燃焼室内の容積を変化可能に動作するピストンを更に備えるとよい。【００２０】
（１２）また、前記各噴出口は、前記燃焼室の中心軸に対して対称に前記外気を噴出可能に設けられる、という構成を採ることが好ましい。【００２１】
（１３）更に、前記各噴出口は、前記燃焼室の中心軸回りに軸対称となる３箇所以上の位置に設けられることが好ましい。【００２２】
（１４）ここで、前記噴出口を６箇所以上に配置するとよい。【００２３】
（１５）また、前記各噴出口は、前記一定領域で形成される衝突噴流が包み込まれるように、前記一定領域の周囲から三次元的に外気を噴出可能に設けられる、という構成を採用することが好ましい。【００２４】
（１６）更に、前記噴出口を、導入した外気を絞って噴出可能にするとよい。【００２５】
（１７）また、前記燃焼室内の容積を変化可能に動作するピストンと、当該ピストンの動作制御及び前記噴出口からの外気の噴出状態を変化させる部材の動作制御を行う動作制御装置を含み、
前記外気導入部は、前記燃焼室の中心軸に沿う方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用メインポートと、前記中心軸の周囲から当該中心軸に向かって外気を前記燃焼室内に導く吸気用サブポートとを備え、
前記噴出口は、前記吸気用サブポートからの外気を前記一定領域に噴出可能に設けられ、
前記動作制御装置は、前記ピストンの動作による圧縮、及び前記外気を前記各噴出口から間欠的に噴出させて前記一定領域での間欠的な衝突噴流を発生させることによる圧縮の両方の圧縮又は何れか一方の圧縮と、前記吸気用メインポートから少なくとも前記外気を導入することによるラム圧による圧縮とを同時に行う宇宙飛行モードでの動作制御が可能に設けられている、という構成を採ることもできる。【００２６】
（１８）更に、前記各噴出口は、それぞれから噴出された外気が僅かにシフトした状態で衝突し、前記一定領域で螺旋回転流を形成可能に設けられる、という構成を採るとよい。【００２７】
（１９）また、前記燃焼室では、プラチナ、ニッケル、パラジウム若しくは、硫黄からなる触媒を併用した状態で、炭化水素燃料又は水素と前記外気との混合気が燃焼される、という構成を採ることもできる。【００２８】
（２０）更に、前記各噴出口は、前記燃焼室の中心軸に沿う複数箇所で前記外気を衝突可能に設けられる、という構成を採ることもできる。【００２９】
（２１）また、前記燃焼室内の燃焼ガスを外部に導く排気用ポートを更に備え、
前記排気用ポートから排出された燃焼ガスの少なくとも一部を前記燃焼室内に戻す流路を備える、という構成を採用することもできる。【００３０】
（２２）更に、前記噴出口からの外気の噴出状態を制御する動作制御装置を含み、
前記噴出口は、４箇所以上に配置され、
前記動作制御装置では、複数の前記噴出口からなる噴出口群を複数設定し、当該噴出口群毎に時間差で前記外気が衝突するように、前記各噴出口からの噴出タイミングが制御される、という構成を採用することもできる。【００３１】
（２３）また、本発明は、外気に燃料を混合した混合気を燃焼させる燃焼室と、当該燃焼室内に外気を導入する外気導入部と、所定の部材を動作させるとともに当該動作の制御を行う動作制御装置とを備え、
前記外気導入部は、前記燃焼室の中心軸に沿う複数の方向から外気を前記燃焼室内の一定領域に導く吸気用メインポートと、前記中心軸に向かう方向から外気を前記燃焼室内に導く吸気用サブポートと、前記吸気用メインポートを開閉するメイン吸気用開閉部材と、前記吸気用サブポートを開閉するサブ吸気用開閉部材とを備え、
前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じて、前記吸気用メインポート及び前記吸気用サブポートの開閉を切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御する、という構成を採っている。【００３２】
（２４）ここで、前記動作制御装置は、要求されるエンジン出力に応じた速度で前記吸気用サブポートの開閉を間欠的に切り替えるように、前記メイン吸気用開閉部材及び前記サブ吸気用開閉部材を動作制御する、という構成を採ることが好ましい。【００３３】
（２５）この際、前記燃焼室の容積を変化可能に動作するピストンを備え、
前記ピストンは、要求されるエンジン出力が最も低い第１の動作モードのときに動作可能に設けられるとともに、当該第１の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第２の動作モード、及び当該第２の動作モードよりも要求されるエンジン出力の高い第３の動作モードのときに停止可能に設けられ、
前記第１のモードのときには、前記混合気の燃焼による前記ピストンの動作によって動力を抽出可能に設けられ、前記第２及び第３のモードのときには、前記混合気の燃焼による推力を抽出可能に設けられる、という構成を併せて採用することができる。
【発明の効果】
【００３４】
前記（１）の構成によれば、複数の噴出口から燃焼室内の一定領域に外気を噴出させて衝突させることにより、燃焼室内に導入された外気と燃料との混合気を圧縮する構造を採用しているため、従来のジェット型エンジンに用いられていたコンプレッサやタービン等の空気圧縮用の各種機器が不要になり、エンジン全体の小型化、軽量化に寄与することができる。従って、他の速度域をカバーするために必要な構造にも組み込み易く、全体を大型化することなく、広範囲の速度域をカバーできるエンジンを形成可能となる。また、従来のジェット型エンジンやスクラム型エンジンに比べ、燃焼室内の混合気の圧縮比を高めてエンジンの熱効率を向上させることができ、従来に比べて少ない燃料で高いエンジン出力を得ることができる。【００３５】
前記（２）の構成によれば、噴出口から一定領域に向かって外気がパルス状に噴出され、これによって、燃焼室内の圧力を噴流の生成に伴って上下させることができ、燃焼効果を更に高めることができる。つまり、外気が燃焼室内に噴出されている状態から、当該噴出が停止されると、燃焼室内の圧力が一時的に低下するため、その状態から、再び、外気を燃焼室内に噴出すると、燃焼室内に外気を一層取り込み易くなり、この動作が繰り返し行われることで、燃焼室内の混合気の圧縮比を更に高めることができる。【００３６】
前記（３）、（５）の構成によれば、要求されるエンジン出力に応じて、種類の異なる吸気用メインポートと吸気用サブポートを使い分けることができ、燃焼室内における混合気の効率的な圧縮が可能になる。【００３７】
前記（４）の構成によれば、各噴出口からそれぞれ噴出された外気の衝突による圧縮効果を更に高めることができ、燃焼室内での混合気の圧縮比を更に向上させることができる。【００３８】
前記（６）、（８）の構成によれば、吸気用サブポートの開閉を繰り返すことで、燃焼室内の圧力を上下させることができる。つまり、吸気用サブポートを閉塞することで、燃焼室内への外気の流入を止めて燃焼室内の圧力を一時的に低下させ、その後、吸気用サブポートを開放することで、燃焼室内に外気が一層吸入され易くなり、燃焼室内の混合気の圧縮比を更に高めることができ、より効率的な燃焼が可能になる。【００３９】
前記（１０）の構成によれば、燃焼室の中心軸に沿う方向の気流を有効に使うことができる。【００４０】
前記（１２）、（１３）の構成によれば、複数の噴出口から燃焼室内にそれぞれ噴出される外気が、軸対称の状態で衝突して圧縮されるため、燃焼室内において混合気の内部流動が安定して燃焼を安定させ易くなり、エンジンの低燃費化を促進することができる。また、外気が、複数の噴出口から燃焼室内の中心軸に向かってそれぞれ噴出されるため、燃焼室の壁面付近に燃料や燃焼ガスが過剰に達することがなく、壁面との接触による燃料や燃焼ガスの冷却が抑制され、当該冷却によるエネルギー損失を抑制し、エンジンの熱効率を更に向上させることができる。【００４１】
前記（１３）、（１４）、（１５）の構成によって、より安定した燃焼が可能になる。更に、前記（１４）の構成によれば、燃焼室内の気体の圧縮比を大幅に高めることが可能になる。【００４２】
前記（１８）の構成によれば、外乱に対して安定した燃焼が可能になる。【００４３】
前記（１９）の構成によれば、無酸素状態で常温核融合が発生して推力を得ることができるため、外部からの酸素取得が難しい宇宙飛行を行うためのエンジンとして適用される場合に、酸素等の供給装置を併用することなく、エンジン構成の簡略化及び小型化を図ることができる。【００４４】
前記（２０）の構成によれば、燃焼室内の気体の圧縮比を更に高めることができる。【００４５】
前記（２１）の構成によれば、燃焼ガスの有害物質の燃焼効果を高め、排気特性を向上させることができるとともに、燃焼室内の気体の圧縮比を更に高めることができる。【００４６】
前記（２２）の構成によれば、ある噴出口群での超音速気流の衝突噴流による圧縮で燃焼し、燃焼室内の気体が膨張する過程で、他の噴出口群での超音速気流の衝突噴流によって燃焼室内の気体を圧縮させることができ、燃焼室内の気体の膨張時に発生する騒音を閉じ込めることが可能になる。【００４７】
また、本発明の各構成によれば、装置全体を大型化することなく、広範囲の速度域を一つで全てカバーできるエンジンを形成可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係るエンジンの概略断面図。
【図２】エンジン本体の概略断面図。
【図３】前記エンジン本体の吸気側部分の拡大断面図。
【図４】（Ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図であり、（Ｂ）は、仕切部材を概念的に示した斜視図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図。
【図６】図２のＣ−Ｃ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図。
【図７】図２のＤ−Ｄ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図。
【図８】前記エンジン本体の排気側部分の拡大断面図。
【図９】（Ａ）は、図２のＥ−Ｅ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図であり、（Ｂ）は、図２のＦ−Ｆ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図であり、（Ｃ）は、図２のＧ−Ｇ線に沿う方向の前記エンジン本体の概略断面図である。
【図１０】（Ａ）は、前記エンジン本体の概略側面図であり、（Ｂ）は、前記エンジン本体の概略平面図である。
【図１１】図２の状態からピストンが移動した状態を示す前記エンジン本体の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
図１には、本実施形態に係るエンジンの概略断面図が示されている。この図において、前記エンジン１０は、例えば、自動車のように地上を走行可能で、且つ、飛行機のように空中を飛行可能な図示しない移動体に搭載されるようになっている。このエンジン１０は、図中断面で表されて前記移動体の一部分に取り付けられた外側のケーシング１１と、ケーシング１１の内部に収容されたエンジン本体１２とを備えて構成されている。
【００５１】
前記ケーシング１１は、エンジン本体１２を囲むように設けられており、前端側となる図１中左端側に、エンジン本体１２に外気を取り込むための外気取入部１４が形成されているとともに、後端側となる同図中右端側に、エンジン本体１２からの燃焼ガスを外部に排気するための排気部１５が形成されている。
【００５２】
なお、以下の説明において、特に明記しない限り、エンジン１０の外気取入部１４側を「前」、同排気部１５側を「後」と称する。
【００５３】
前記外気取入部１４は、前端側が開放する二重筒構造となっており、内側及び外側の筒内それぞれに外気の流路が形成されている。具体的に、外気取入部１４は、中央位置で開放する中央取入口１７と、中央取入口１７からエンジン本体１２に外気を導く中央流路１９と、中央取入口１７の周囲で開放する外側取入口２１と、外側取入口２１からエンジン本体１２に外気を導く外側流路２３とを備えている。中央流路１９及び外側流路２３は、前端側からエンジン本体１２側に向かって流路断面積が緩やかに減少する絞り流路となっている。なお、中央流路１９及び外側流路２３は、流路断面積が前端側から緩やかに減少して途中から後端側に向かって次第に拡大するラバルノズル状とすることも可能である。
【００５４】
前記排気部１５は、エンジン１０の後端側で開放する排気口２５と、エンジン本体１２側からの燃焼ガスを排気口２５に導く排気流路２６とを備えている。排気流路２６は、エンジン本体１２から排気口２５に向かって流路断面積が次第に増大する形状となっている。
【００５５】
前記エンジン本体１２は、ほぼ円柱状の外形をなし、図２に示されるように、前後方向中央付近に形成された断面ほぼ円形状の燃焼室２８と、前側（図２中左側）に位置して、ケーシング１１の外気取入部１４からの外気を燃焼室２８に導くための外気導入部２９と、燃焼室２８の後方に連なる後側空間３１と、後側空間３１の後端側に連なってケーシング１１の排気流路２６に通じる排気穴３３と、後側空間３１内に収容され、燃焼室１１内の容積を増減させるように前後方向に移動可能なピストン３５と、エンジン本体１２の所定部分を動作させるとともに当該動作の制御を行う動作制御装置３６とを備えて構成されている。
【００５６】
前記外気導入部２９は、図３に示されるように、ケーシング１１の中央流路１９に連なって外気を燃焼室２８内に導く中央の吸気用メインポート３７と、吸気用メインポート３７の外側複数箇所に設けられ、ケーシング１１の外側流路２３に連なって外気を燃焼室２８内に導く吸気用サブポート３８と、吸気用メインポート３７及び吸気用サブポート３８から燃焼室２８への外気の導入をそれぞれ制御するための外気導入制御手段４０とを備えて構成されている。
【００５７】
前記吸気用メインポート３７は、燃焼室２８の中心軸Ｌに沿う方向から外気を燃焼室２８内に導くように形成されており、図４（Ａ）に示されるように、ほぼ円筒形状をなす形成体３９の中空部分に設けられている。この吸気用メインポート３７には、周方向に等間隔となる複数箇所（本実施形態では８箇所）に配置された仕切部材４３と、各仕切部材４３の間にそれぞれ配置された翼部材４４とが設けられており、仕切部材４３と翼部材４４で囲まれた空間が、ケーシング１１の中央流路１９からの外気を燃焼室２８に導くための中央導入路４５となる。
【００５８】
前記仕切部材４３は、前記中空部分の内周壁４１から中心に向かって配置されており、前記中空部分を周方向に複数等分（本実施形態では１６等分）した各空間の一つおきに配置されている。この仕切部材４３は、前端側から後端側に向かって断面積が次第に増大する断面楔形状に設けられ（図４（Ｂ）参照）、後端部分の断面形状は、前記複数等分した１空間の断面形状に相当するサイズとなっている。
【００５９】
前記翼部材４４は、前記複数等分した空間のうち仕切部材４３が存在しない空間内に、内周壁４１から僅かに突出するように配置されており、中央導入路４５を通過して燃焼室２８に向かう外気の流れに剥離が生じないような表面形状となっている。
【００６０】
前記吸気用サブポート３８は、図３に示されるように、吸気用メインポート３７の外側に配置されるとともに、燃焼室２８内に開放する噴出口４７に繋がっており、ケーシング１１の外側流路２３から導入した外気を噴出口４７から燃焼室２８内に噴出可能な流路構成となっている。この吸気用サブポート３８は、図４（Ａ）に示されるように、断面が円形となる形状をなし、吸気用メインポート３７の各中央導入路４５のそれぞれ外側となる複数箇所（本実施形態では８箇所）の位置に、周方向に沿って等間隔に設けられている。また、各吸気用サブポート３８は、開口面積を含めた流路構成がそれぞれ同一となっている。
【００６１】
前記噴出口４７は、図３に示されるように、燃焼室２８の壁面から僅かに内側に突出する突出部分に設けられる。また、各噴出口４７は、図５に示されるように、相互に同一形状となっており、燃焼室２８内の周方向ほぼ等間隔となる位置から、燃焼室２８内の中心軸Ｌ（図３参照）に向かって外気を噴出し、各噴出口４７から噴出された外気を燃焼室２８の内部中央に位置する一定領域となる衝突部Ｐで衝突させて外気を圧縮するようになっている。ここで、噴出口４７が形成される前記突出部分は、燃焼室２８内での気体の流れの剥離を抑制可能な翼状に形成することが好ましい。
【００６２】
なお、吸気用サブポート３８は、入口面積を大きく稼ぐために断面楕円状等の形状にし、入口側から出口側（噴出口４７側）に向かって次第に流路断面積を減少させる絞り流路にすることもできる。このようにすると、各噴出口４７からの外気が衝突部Ｐで相互に衝突する際の圧縮効果を更に高めることが可能になる。また、吸気用サブポート３８としては、流路断面積が前端側から緩やかに減少して途中から後端側に向かって拡大するラバルノズル状とすることも可能である。要するに、吸気用サブポート３８は、燃焼室２８の中心軸Ｌに向かって対称に外気を噴出できる限り、種々の流路形状や構成を採用することができ、また、複数の吸気用サブポート３８に対し、それぞれの開口面積や流路形状を必ずしも同一にしなくてもよい。
【００６３】
前記外気導入制御手段４０は、吸気用メインポート３７を開閉する円盤状のメイン吸気用開閉部材４９と、メイン吸気用開閉部材４９の後側に相対配置されるとともに、吸気用サブポート３８を開閉する円盤状のサブ吸気用開閉部材５０とを備えている。
【００６４】
前記メイン吸気用開閉部材４９は、図６に示されるように、ドーナツ状の本体プレート５２と、当該本体プレート５２の中央に形成された中央穴５２Ａに対して回転可能に嵌め込まれたシャッター５３とを備えている。
【００６５】
前記本体プレート５２は、エンジン本体１２に移動不能に固定されており、周方向に等間隔となる複数箇所（本実施形態では８箇所）に、各吸気用サブポート３８に対して隙間無く連なって通じる貫通穴５５が形成されている。
【００６６】
前記シャッター５３は、本体プレート５２の中央穴５２Ａに接する中空のリング状部材５６と、当該リング状部材５６の内側に散点的に配置された閉塞部材５７とからなる。閉塞部材５７は、吸気用メインポート３７の仕切部材４３の後端部分に相応する断面形状となっている（図４（Ｂ）参照）。従って、リング状部材５６の内側は、吸気用メインポート３７の内部形状に対して翼部材４４のない断面形状に相応する断面形状になっており、閉塞部材５７と、外気が通過する隙間５８とが交互に配置された形状となっている。このシャッター５３は、本体プレート５２の中央穴５２Ａ内での回転により、吸気用メインポート３７の全ての中央導入路４５が同時に開閉自在となる。
【００６７】
従って、メイン吸気用開閉部材４９は、その内部のリング状部材５６の回転動作により、吸気用メインポート３７から燃焼室２８への外気の取り込みを許容する開位置と、吸気用メインポート３７から燃焼室２８への外気の取り込みを遮断する閉位置との間で切り替え可能になっている。なお、当該切り替えのための動作及び当該動作の制御は、前記動作制御装置３６で後述するように行われる。
【００６８】
前記サブ吸気用開閉部材５０は、図７に示されるように、ドーナツ状の本体プレート５９と、本体プレート５９の中央で貫通する中央穴６０と、本体プレート５９の周方向複数箇所（本実施形態では８箇所）に等間隔で形成された外穴６１とからなり、中央穴６０の中央を中心として回転可能にエンジン本体１２に支持されている。
【００６９】
前記中央穴６０は、メイン吸気用開閉部材４９のリング状部材５６（図６参照）の内径とほぼ同一若しくは僅かに大きい内径に設けられており、リング状部材５６の内側部分に相対配置されている。
【００７０】
前記外穴６１は、メイン吸気用開閉部材４９の貫通穴５５とほぼ同一の内径に設けられており、サブ吸気用開閉部材５０の回転状態に応じて、吸気用サブポート３８に通じる貫通穴５５に隙間無く通じる位置と、そうでない位置との間で変位可能に配置されている。
【００７１】
従って、サブ吸気用開閉部材５０は、その回転動作により、吸気用サブポート３８から燃焼室２８への外気の取り込みを許容する開位置と、吸気用サブポート３８から燃焼室２８への外気の取り込みを遮断する閉位置との間で切り替え可能になっている。なお、当該切り替えのための動作及び当該動作の制御は、前記動作制御装置３６で後述するように行われる。
【００７２】
なお、図示省略しているが、燃焼室２８内に燃料の噴射部が設けられている。本発明はこれに限らず、燃焼室２８内で外気（空気）との混合気を形成できる限りにおいて、種々の部位に燃料を噴射する構造を採用可能である。具体的に、燃焼室２８内に燃料を噴射する構造とする他、吸気用メインポート３７及び／又は吸気用サブポート３８に燃料を噴射する構造に代替し、若しくは、これらの構造を併用することも可能である。
【００７３】
前記ピストン３５は、図８に示されるように、後側空間３１内で前後方向に摺動可能に支持された中空の外側部材６３と、当該外側部材６３の内部空間に収容され、外側部材６３に対して燃焼室２８の中心軸Ｌ周りに回転可能に配置された中空の中間部材６４と、外側部材６３の図８中右端側となる後端側から中間部材６４の内部空間内を前方に向かって延びる中空の内側部材６５とを備えている。
【００７４】
前記外側部材６３は、ほぼ凸状をなす外形に設けられており、最も前方に位置する円盤状の前端部６６と、前端部６６の外径とほぼ同一の外径を有し、前端部６６の後方に連なる小径円筒部６７と、後側空間３１の内径とほぼ同一の外径を有し、小径円筒部６７の後方に連なる大径円筒部６８とを備えて構成されている。
【００７５】
前記前端部６６は、図９（Ａ）に示されるように、燃焼室２８の内径とほぼ同一若しくは僅かに小さい外径を有するリング状部材７２と、リング状部材７２の内側に位置する仕切部材７３とにより構成されている。
【００７６】
前記各仕切部材７３は、吸気用メインポート３７内の各仕切部材４３と同一の形状及び配置状態となっており、リング状部材７２の内部空間を周方向に複数等分（本実施形態では１６等分）したうちの１つの空間の形状に相当する楔形に設けられ、前記複数等分した空間の一つおきに配置されている。前記複数等分した空間のうち仕切部材４３が存在しない空間は、燃焼室２８で発生した燃焼ガスを排気穴３３から放出するための排気用ポート７４の一部を構成する排気用空間７５となる。
【００７７】
前記中間部材６４は、図８に示されるように、ほぼ凸状をなす外径に設けられており、その前端側には、メイン吸気用開閉部材４９のシャッター５３と同様の構成のシャッター７７が設けられている。すなわち、このシャッター７７は、前後両側が開放する筒状部材７９と、当該筒状部材７９の前端側部分（図８中左端側）に配置され、筒状部材７９の内壁から中心に向かって設けられた閉塞部材８０（図９（Ｂ）参照）とからなる。閉塞部材８０は、前端部６６の仕切部材７３に対応する断面形状となっている。つまり、筒状部材７９の前端側内部は、閉塞部材８０と燃焼ガスが通過する隙間８２とが交互に配置された形状になっている。
【００７８】
前記内側部材６５は、前後両端側が開放する円筒状に設けられており、その内部空間には、図９（Ｃ）に示されるように、外側部材６３の仕切部材７３の断面形状に対応する楔形の仕切部材８４が設けられている。また、仕切部材８４が設けられていない空間は、排気用ポート７４の一部を構成する排気用空間８５となる。各仕切部材８４は、前記仕切部材７３と同一の配置状態となっており、当該各仕切部材７３と相対する位置に固定されている。また、排気用空間８５は、その前端側の開放部分が中間部材６４のシャッター７７を介して外側部材６３の排気用空間７５に相対し、後端側の開放部分が外側部材６３の後端部分を貫通して前記排気穴３３に相対するように配置されている。
【００７９】
従って、外側部材６３に対して中間部材６４が回転すると、シャッター７７の構造によって、その隙間８２を介して各排気用空間７５，８５が連なって通じる開位置と、閉塞部材８０により各排気用空間７５，８５を遮断する閉位置とに切り替えが可能になる。従って、前記開位置においては、燃焼室２８からの燃焼ガスが各排気用空間７５，８５で構成される排気用ポート７４を通じて排気穴３３からエンジン本体１２の外側に排出可能となる。一方、前記閉位置においては、排気用ポート７４が途中で遮断され、燃焼室２８からの気体の流出が阻止される。このため、中間部材６４は、排気用ポート７４を開閉する排気用開閉部材を構成することになる。なお、中間部材６４による切り替え動作及び当該動作の制御は、前記動作制御装置３６で後述するように行われる。
【００８０】
なお、図２、図８、図９等では、図面の錯綜を回避するために、燃焼室２８の内壁とリング状部分７２との間、外側部材６３と中間部材６４との間、及び中間部材６４と内側部材６５との間にそれぞれ隙間が描かれているが、実際、当該隙間は殆ど無く、シャッター７７が開位置のときに、燃焼室２８からの燃焼ガスは、排気用ポート７４に全て流れるようになっている。
【００８１】
また、ピストン３５は、後述するように、後側空間３１内を前後方向に往復運動するようになっているが、このピストン３５には、図１０に示されるように、その往復運動時の動力を回転運動に変換するためのクランク機構８９が連結されている。クランク機構８９は、エンジン本体１２の外側における左右両側（図１０（Ｂ）中上下両側）に一対配置されており、ピストン３５が前後方向（同図中左右方向）に往復運動すると、エンジン１０が搭載された移動体の車輪（図示省略）に繋がる車軸Ｃを回転させる構造となっている。具体的に、クランク機構８９は、車軸Ｃが固定された中央部分を中心として回転可能な円盤部材９１と、この円盤部材９１の非中心部分に一端側が固定されたアーム９２と、エンジン本体１２に形成されて前後方向に延びるスロット穴９３と、アーム９２の他端側に回転可能に取り付けられるとともに、スロット穴９３を貫通してピストン３５の外側部材６３の一部分に固定された連結軸９４とを備えている。なお、円盤部材９１は、スロット穴９３の延出方向の延長線上から車軸Ｃをシフトさせたオフセット状態で配置されている。
【００８２】
なお、クランク機構８９は、前述の構成に限定されるものではなく、ピストン３５の往復運動を回転運動に変換できる限り、種々の構造を採用することができる。
【００８３】
前記動作制御装置３６は、図２に示されるように、各種部材を動作させる動力源９６と、当該動力源を制御する制御装置９７を備えている。
【００８４】
前記動力源９６は、メイン吸気用開閉部材４９、サブ吸気用開閉部材５０及び排気用開閉部材としての中間部材６４を所定のタイミングで動作させるとともに、エンジン１０の始動時にピストン３５を動作させるようになっている。動力源９６としては、各部材を後述するように動作させることができる限り種々の構造のものを採用でき、例えば、コイル等を用いた電磁誘導によって行う各部材を回転させる構造の他に、モータ等のアクチュエータを使った構造を採用してもよい。
【００８５】
前記制御装置９７は、以下で説明するタイミングで、メイン吸気用開閉部材４９、サブ吸気用開閉部材５０、中間部材６４及びピストン３５を動作させるように動力源９６の駆動を制御する。
【００８６】
次に、前記エンジン１０の動作について図２、図３及び図１１等を用いて説明する。
【００８７】
前記エンジン本体１１は、そのエンジン出力に応じて異なる第１、第２及び第３の動作モードで動作する。すなわち、前記第１の動作モードは、自動車のように地上を走行するときのような低速の第１の速度範囲（例えば、マッハ０．５程度未満）で前記移動体を走行させる場合に適用される。
【００８８】
前記第１の動作モードの際は、図示しない起動スイッチを投入すると、メイン吸気用開閉部材４９の動作によって吸気用メインポート３７が閉塞され、吸気用メインポート３７から燃焼室２８への吸気が阻止される一方で、サブ吸気用開閉部材５０の動作によって吸気用サブポート３８が開放され、吸気用サブポート３８から燃焼室２８への吸気のみが許容される。また、中間部材６４の動作によって、燃焼室２８から排気用ポート７４への気体の流出が阻止される。従って、このときは、吸気用サブポート３８のみから燃焼室２８内に外気が導入される吸気工程となる。そして、燃焼室２８内に導入された外気は、図示しない噴射部から噴射された燃料と混合されて混合気となる。
【００８９】
次に、吸気用メインポート３７から燃焼室２８内への外気の流入と、燃焼室２８から排気用ポート７４への気体の流出が共に阻止されたまま、サブ吸気用開閉部材５０の動作によって吸気用サブポート３８が更に閉塞され、燃焼室２８に対する気体の流入及び流出が全て阻止される。この状態で、動力源９６の作動によって、ピストン３５が始動して前方（図２中左方）に動き、図２に示される位置から図１１に示される位置に移動する。この結果、燃焼室２８内で混合気を圧縮する圧縮工程がなされる。
【００９０】
そして、図示しない着火手段を用い、燃焼室２８内で混合気を燃焼させる燃焼工程がなされ、当該燃焼時の爆発力でピストン３５が後方（図１１中右方）に移動し、図２で示される位置に戻る。ここで、前記着火手段としては、プラグ等を用いた火花着火の他、レーザー着火等に例示されるように、燃料を燃焼爆発させるための手段であれば何でも良い。また、前記着火手段を用いずに、燃料の特性により圧縮時に燃焼爆発可能な自己着火方式を採用してもよい。
【００９１】
次に、吸気用メインポート３７及び吸気用サブポート３８から燃焼室２８への吸気が共に阻止されたまま、中間部材６４の動作によって、燃焼室２８から排気用ポート７４への気体の流出が許容され、燃焼室２８内で生成された燃焼ガスをエンジン１０の外側に放出する排気工程がなされる。
【００９２】
その後、ピストン３５は、動力源８６によらず慣性によって前述した各工程を順に行いながら、前後方向への往復運動がなされる。そして、ピストン３５に連結されたクランク機構８９（図１０参照）により、ピストン３５の往復運動に伴って車軸Ｃを回転させ、図示しない移動体の地上での走行が可能になる。なお、この際の速度は、燃焼室２８への燃料の噴射量等によってコントロールされる。ここで、各工程におけるメイン吸気用開閉部材４９、サブ吸気用開閉部材５０及び中間部材６４の動作は、クランク機構８９の円盤部材９１の回転角度に応じてなされ、当該回転角度は、円盤部材９１に付設された図示しないセンサによって検出される。
【００９３】
なお、前記移動体が地上から空中に離陸する際等、移動体の速度が第１の速度範囲の上限付近に達したときには、前記吸気工程時において、吸気用サブポート３８を開放するのみならず、メイン吸気用開閉部材４９の動作によって吸気用メインポート３７をも開放し、吸気用メインポート３７及び吸気用サブポート３８双方からの燃焼室２８への吸気を許容することも可能である。
また、第１の動作モードの際、吸気工程において、吸気用メインポート３７を開放する一方、吸気用サブポート３８を閉塞し、次工程で吸気用メインポート３７を閉塞するようにしてもよい。
【００９４】
前記第２の動作モードは、飛行機のように空中を飛行するときのような第２の速度範囲（例えば、マッハ０．５程度から２程度の範囲内）で前記移動体を飛行させる場合に適用される。
【００９５】
当該第２の動作モードの際、ピストン３５は、燃焼室２８内の容積が最大となる図２の位置で移動不能にロックされる。この状態で、吸気用メインポート３７は、メイン吸気用開閉部材４９によって常時開放され、吸気用メインポート３７から燃焼室２８への吸気が常時行われる。また、排気用ポート７４は、中間部材６４によって常時開放され、燃焼室２８からの燃焼ガスの排出が常時許容される。このとき、吸気用サブポート３８については、サブ吸気用開閉部材５０の動作により、前記移動体の速度に応じて開閉が繰り返し行われ、吸気用サブポート３８から燃焼室２８に外気が間欠的に供給されることになる。ここで、吸気用サブポート３８から燃焼室２８に導入された外気は、燃焼室２８内の周方向複数箇所から一定領域である衝突部Ｐに向かって噴出され、当該衝突部Ｐでは、各吸気用サブポート３８からの外気が相互に衝突するとともに、吸気用メインポート３７からの外気も衝突する。これによって、燃焼室２８内の混合気が圧縮され、当該混合気の圧力、温度、密度が上昇する。そして、燃焼室２８内の混合気が燃焼爆発し、燃焼ガスが排気用ポート７４を通じてエンジン１０の外側に排出され、前記移動体の推力が得られることになる。
【００９６】
ここで、吸気用サブポート３８からの吸気が燃焼室２８内に間欠的に供給されることで、衝突部Ｐで衝突噴流が間欠的に発生するように噴出タイミングが制御され、その結果、燃焼室２８内への外気の取り込み効率を高めることができ、燃焼室２８内の混合気の圧縮効果が高まる。すなわち、吸気用サブポート３８が開放状態から閉塞状態に変化し、燃焼室２８内への吸気が許容された状態から一度阻止されると、燃焼室２８内の圧力が低下し、その閉塞状態から開放状態に戻ると、圧力が一瞬低下した燃焼室２８内に外気が一層入り込まれ易くなり、燃焼室２８内に導入される外気の圧縮効果が高まることになる。なお、吸気用サブポート３８の開閉の切り替え速度は、制御装置９７によるサブ吸気用開閉部材５０の動作制御によって、前記移動体の速度が大きくなるに従い速くなるように設定されている。また、第２の動作モードで移動体が増速する過程で、当該移動体が所定の速度に達したときに、サブ吸気用開閉部材５０の回転数を下げ、吸気用サブポート３８の開閉の切り替え速度を落とすことで、次の第３の動作モードに移行する際に、サブ吸気用開閉部材５０の停止をスムーズに行えるように構成することもできる。
なお、第２の動作モードの際に、吸気用メインポート３７を常時閉塞してもよい。
【００９７】
前記第３の動作モードは、第３の速度範囲（例えば、マッハ２程度以上の範囲内）で前記移動体を飛行させる場合に適用される。
【００９８】
当該第３の動作モードの際も、ピストン３５は、図２の位置で移動不能にロックされる。ここでは、吸気用メインポート３７、吸気用サブポート３８、及び排気用ポート７４は、全て常時開放され、ラム圧によって、吸気用の各ポート３７，３８を通じて外気が燃焼室２８に供給される。この際、前記第２の動作モードと同様に、吸気用の各ポート３７，３８から燃料室２８内に導入された外気の衝突によって、燃焼室２８内で燃料との混合気が圧縮することになり、当該混合気の圧力、温度、密度が上昇して燃焼爆発し、燃焼ガスが排気用ポート７４を通じてエンジン１０の外側に排気され、前記移動体の推力が得られることになる。
なお、第３の動作モードの際に、吸気用サブポート３８を常時閉塞することもでき、この場合、吸気用メインポート３７及び排気用ポート７４が常時開放される。
【００９９】
また、前記移動体が着陸する際には、ピストン３５を前後方向に移動可能にし、接地時の前記車輪の回転によりピストン３５を往復運動させることで、当該ピストン３５を始動させる際に用いた動力源９６の逆起電力によるエネルギー回生を利用したブレーキ機構を採用することも可能である。
【０１００】
前記第１、第２及び第３の動作モードへの切り替えは、前記移動体の速度を検出するセンサの検出結果に基づいて自動的に行ってもよいし、操縦者による手動での切り替えも可能である。
【０１０１】
従って、このような実施形態によれば、複数の構造のエンジンを併用することなく、一つのエンジン１０で、自動車として適用可能な速度から超音速機として適用可能な速度までカバーすることができ、地上走行と空中飛行が可能になる移動体の動力源としての利用が可能になるという効果を得る。
【０１０２】
また、燃焼室２８内の複数箇所から外気を導入し、当該複数箇所からの外気がそれぞれを一箇所で衝突可能な構成となっているため、亜音速で飛行する際にエンジン１０内に導入される外気の圧力であっても、コンプレッサーやタービン等、従来のジェット型エンジンで不可欠な圧縮機構を必要とせずに、飛行に必要な燃焼室２８内の圧縮状態を得ることができ、エンジン１０の小型化、軽量化に寄与することができる。
【０１０３】
なお、吸気用メインポート３７及び吸気用サブポート３８は、前述の形状や配置に限定されるものではなく、複数箇所から燃焼室２８内の一定領域に向かって外気をそれぞれ噴出させ、各外気を前記一定領域で衝突させて圧縮可能にする構成であれば何でもよい。換言すれば、燃焼室２８内の一定領域で複数本の噴流の衝突と、その際に発生する衝撃波、圧力波又は音波とによって燃焼室２８内の気体を圧縮できる機能を有する限り、種々の構成を採用することができる。
【０１０４】
ここで、噴出口４７は、安定した圧縮を行うために、燃焼室２８の中心軸Ｌ回りに軸対称となる３箇所以上の位置に設けることが好ましく、特に、本発明者らの実験によれば、噴出口４７を６箇所以上の位置に設けると、燃焼室２８内の気体の圧縮比が大幅に向上することが実証された。要するに、各噴出口４７は、燃焼室２８内の衝突部Ｐで形成される衝突噴流が包み込まれるように、前記一定領域の周囲から三次元的に外気を噴出可能にするとよい。
【０１０５】
また、噴出口４７は、吸気用サブポート３８からの外気を絞って燃焼室２８内に噴出し、燃焼に十分な衝突噴流を形成できる限り種々の形状を採用できるが、燃焼室２８内での圧縮効果を高めるために、楕円等の非円形状にすることが好ましい。
【０１０６】
更に、各噴出口４７からの噴流が衝突部Ｐで僅かにシフトした状態で衝突し、衝突部Ｐで螺旋回転流を形成する構成を採用することもできる。これによれば、外乱に対して安定した燃焼が可能になる。
【０１０７】
また、燃焼室２８の中心軸Ｌに沿う複数箇所に衝突部Ｐを設け、各噴出口４７からの噴流が、同時に或いは時間差を設けて各衝突部Ｐで衝突可能となる構成を採用することも可能である。これにより、燃焼室２８内の気体の圧縮比を更に向上することができる。
【０１０８】
更に、複数の噴出口４７からなる噴出口群を予め複数設定し、当該噴出口群毎に時間差で衝突噴流を形成するように、動作制御装置３６で各噴出口４７からの衝突部Ｐへの噴出タイミングを制御することも可能である。これにより、ある衝突噴流に基づく燃焼時の気体の膨張を次のタイミングの衝突噴流による圧縮で抑制することが可能になり、燃焼時の気体膨張による騒音の発生を抑制することができる。従って、噴出口群毎に発生させる衝突噴流の時間差は、前の燃焼時の気体膨張を抑えることが可能となるタイミングに設定することが好ましい。
【０１０９】
また、吸気用メインポート３７、吸気用サブポート３８及び排気用ポート７４の開閉の切り替え構造は、エンジン出力に応じた前述の切り替えを行える限り、前述の構造に限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。
【０１１０】
更に、前記動作制御装置３６前記制御装置９７では、宇宙飛行を行う際の宇宙飛行モードとして、次の状態になるように、メイン吸気用開閉部材４９、サブ吸気用開閉部材５０、中間部材６４及びピストン３５を動作制御することもできる。すなわち、この宇宙飛行モードでは、ピストン３５が、動力源９６からの動力によって燃焼室２８内の容積を繰り返し増減させるように前後方向に動作するとともに、吸気用メインポート３７及び排気用ポート７４が常時開放される。このとき、吸気用サブポート３８については、サブ吸気用開閉部材５０の動作により開閉が繰り返し行われ、吸気用サブポート３８から燃焼室２８に外気が間欠的に供給されることになる。従って、この宇宙飛行モードでは、ピストン３５の動作による燃焼室２８内の混合気の間欠的な圧縮と、衝突部Ｐでの間欠的な衝突噴流の発生による圧縮と、吸気用メインポート３７からの外気導入によるラム圧による圧縮とが同時に行われることになる。ここで、当該宇宙飛行モードとしては、吸気用メインポート３７からの外気導入によるラム圧による圧縮と同時に、ピストン３５の動作による燃焼室２８内の混合気の圧縮と、衝突部Ｐでの間欠的な衝突噴流の発生による圧縮との何れか一方の圧縮を行う態様としてもよい。
【０１１１】
また、本エンジン１０では、燃料として炭化水素燃料又は水素を用いたときに、プラチナ、ニッケル、パラジウム若しくは、硫黄からなる触媒を併用することで、無酸素状態での常温核融合が可能になり、無酸素状態で推力が得られるため、より簡単なエンジン構成での宇宙飛行が可能になる。
【０１１２】
更に前記排気用ポート７４を含む燃焼室２８から排出される燃焼ガスの流路の一部に、当該燃焼ガスの少なくとも一部を燃焼室２８内に戻す流路を設けるとよい。これにより、排気特性を向上させることができる他、燃焼室２８内の圧縮効果を更に高めることができる。
【０１１３】
また、エンジン１０が専ら航空機やロケット用の推力を得る目的のみに利用される場合は、ピストン３５及びそれに関連する部材を省略してもよい。つまり、ピストン３５を併用すると、自動車用の超効率エンジンにすることができ、ピストン３５がなくても、航空機等の用途であれば、始動から高速飛行まで可能になる。
【０１１４】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  エンジン
２８  燃焼室
２９  外気導入部
３５  ピストン
３６  動作制御装置
３７  吸気用メインポート
３８  吸気用サブポート
４７  噴出口
４９  メイン吸気用開閉部材
５０  サブ吸気用開閉部材
６４  中間部材（排気用開閉部材）
７４  排気用ポート
Ｌ  中心軸
Ｐ  衝突部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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